一起35 kV干式空心电抗器异常诊断及分析

马云龙,刘威峰,周秀,田天,白金,罗艳

(国网宁夏电力有限公司电力科学研究院,宁夏 银川 750011)

0 引 言

并联电抗器是电力系统中重要的无功补偿设备,在现有设备中,66 kV及以下电压等级中干式空心电抗器因具有结构简单、重量轻,便于运输和安装,噪音低,没有渗漏油问题,维护方便,电抗值保持线性等优点而得到大量应用[1-5],但随着装用量的增加,干式电抗器带来的问题也迅速增加,对电网安全稳定运行带来危害,如匝间绝缘失效[6],内部异物或受潮导致局部过热、起火[7],空间磁场导致的金属件发热[8],紧固件松动导致的振动或异响[9]。为确保提前发现缺陷,现场检测多采用带电检测和停电试验的方法。目前比较成熟的带电技术包括红外测温、紫外成像、声学成像、空气中超声波局放检测等方法,停电试验多采用绝缘电阻、直流电阻、电感量测试、交流耐压、匝间过电压检测[10-13]等手段。通过结合多种试验数据,可对干式空心电抗器缺陷和故障进行定位。本文结合一起35 kV串联干式空心电抗器异常进行诊断,为干式空心电抗器运行维护提供借鉴。

1 电抗器异常简述

2022年,在对某330 kV变电站巡视时,发现35 kV 1号电容器串联电抗器A相有明显异响,其声音类似规律“撞钟”声,其余两相声音正常,且现场进行红外测温正常。该电容器串联电抗器设备型号为CKGDKL-35-800-2910-12W,额定容量800 kvar,额定电压35 kV,额定电流274.9 A,额定电感34.2 mH,出厂日期为2012年4月。

2 带电检测

试验人员结合前期异常情况,采用多种方式对运行电压下干式空心电抗器进行检测,试验人员在靠近A相可听到电抗器发出异响。

2.1 红外测温

通过红外测温方式,试验人员在运行电压下红外测温未发现异常,此时电抗器三相电流分布一致,均在274 A左右,A、B、C三相温度分布相同,三相热点温度均在12 ℃上下(见图1),可判断电抗器内部无过热性故障。

(a)A相

(b)B相

(c)C相图1 红外测温

2.2 空气中超声波局部放电检测

运行电压下,采用空气中超声波测量,空气中背景为-6 dB,三相测量超声信号最大在7 dB左右,位置在电抗器底部,如图2所示,可判断电抗器内部无异常放电故障。

(a)A相电抗器底部

(b)信号图谱图2 超声信号最大处

2.3 声学成像

按照图3方向测试,在靠近A相串联电抗器侧,可听见运行人员描述的异响,该异响呈现为规律“撞钟”声。

图3 测试位置

在电抗器五点左右方向,即图3支柱1处,由上到下都出现较大振动信号,按照频谱规律可知,振动频率在25 kHz附近出现峰值,如图4所示。

(a)A相串联电抗器上部

(b)A相串联电抗器底部

(c)A相串联电抗器支柱图4 A相1号柱振动视频

与上部信号有所差异,呈现“双峰”的同时在10～25 kHz之间有较强信号,幅值超过0.2(上述信号在0.2以下)。同时降低信号显示阈值后,对比图5(a)和图5(b)可发现4个支柱在同一个位置附近均有信号,但1号柱信号最强。

(a)最强信号

(b)扩大信号范围

由带电检测结果可判断,红外、超声波局放未见明显异常,但声学成像到1号柱侧在11～21 kHz(本仪器频带在11～31.25 kHz)中都有较强信号分布,而电抗器上振动频带只集中在25 kHz附近,判断异响信号来自1号柱内可能性较大。

3 停电检查及试验

3.1 外观检查

通过以上带电试验,基本可排除电抗器外部绝缘问题,确定进行停电检查处理。停电后,开展外观检查及常规试验,其中常规检查在三相电抗器内未见异物,各连接螺栓未见连接松动,在内部未见异常(见图6)。在敲击A相1号柱时,可听见与运行电压下异响类似声音,在敲击其他支柱时,未见类似声音。观察电抗器接地形式,电抗器1、2支柱接地相连,3、4支柱接地相连,支柱绝缘子法兰通过螺栓在玻璃钢支柱内通过接地引下线与1、4支柱底部接地(支柱编号见图3)。

(a)A相内部检查

(b)接地连接情况图6 外观检查

3.2 例行试验

35 kV 1号电容器组在2018年开展例行试验、绝缘电阻、直流电阻测量均正常。本次试验测试绝缘电阻、直流电阻、电感量测试,其中,2022-01-27 A、B、C相直流电阻测试值为1×105mΩ均在标准要求范围内,具体数据见表1、表2。

表1 2018-07-03例行试验绝缘电阻和直流电阻结果

表2 2022-01-27例行试验直流电阻和电感量测试结果

3.3 匝间过电压试验

前述试验及检查中,除怀疑A相1号柱内接地引下线与支柱壁碰撞相关,未见其他异常。为排除内部绝缘问题,开展匝间过电压试验。考虑匝间过电压存在一定破坏性,试验电压由文献[14]中规定的80%出厂值降为70%(112 kV)。

图7 匝间过电压试验结果

综合35 kV 1号电容器串联电抗器带电检测、停电检查、常规实验、匝间过电压试验分析,判断该电抗器无绝缘方面异常。

3.4 起吊检查

随后将干式电抗器吊起后,检查内部支柱,发现上部接地通过软质金属与底部接地相连(见图8)。

图8 内部检查

由于A相内部软质金属线长度较长,随着顶部干式电抗器振动,会与玻璃钢碰撞,产生类似“撞钟”声响。随后对内部金属进行处理,减少内部接地线长度,重新安装完毕后带电运行,异响消失。

5 结 语

通过采用带电检测、停电试验方法,对干式空心电抗器进行异常诊断,综合采用各种方法的检测特点,综合异响声音规律、声学成像及停电检查结果,可判断该电抗器由于受电动力影响,内部与玻璃钢支柱壁发生碰撞产生异响。在匝间过电压试验中,由于通过电流较小,无法产生足够电动力,未检测到振动信号及异响。随后对问题进行处理,异响消失。通过分析判断可知,几种方式可有效检测干式电抗器异常,为后续检修策略制定提供数据支撑。